CN102831666A - 一种门窗开启状态的记录装置 - Google Patents

Abstract

一种门窗开启状态的记录装置，该装置由单片机最小系统、与单片机双向连接的数据存储电路和通信接口电路、分别接入单片机的电源管理电路、门窗开关状态检测器和实时时钟电路组成。本发明中的门窗开关状态检测器是干簧管，并配有感应磁铁；其中，门窗开关状态检测器接入单片机，是通过将干簧管与单片机的外部中断接口连接起来实现的；本发明中的单片机分别有掉电模式、空闲模式和工作模式这三种模式。本发明除保留下了现有技术能够自动监测、记录开关门窗的状态，为人们采用相应节能措施提供比较准确的统计数据之外，还具备现有技术所不具备的对安装人员的要求较低、有较高可靠性，且成本低廉的优点，适合于在多种结构形式的窗户上运用。

Description

一种门窗开启状态的记录装置

技术领域

本发明涉及自动记录门窗开启状态的装置。

背景技术

随着人们对住宅舒适程度要求的提高，建筑能耗呈不断上升的趋势，于是，建筑节能就成为了人们关注、研究的问题；与自然通风等各种因素有关的门窗开启状态对建筑能耗的影响，又是人们关注、研究的问题之一。只是，由于促使人们决定开关门窗的因素较多，且开关门窗行为又具有相当大的随机性，所以，只有建立在大样本、长时间调查的基础上，通过分析大量的测试数据，才能找出具有统计意义的门窗开启规律，才可能采用对应的节能措施。不容置疑，大样本、长时间的调查、测试，仅依靠人力是不可能完全的，必须采用自动监测、自动记录方式以及相应装置。公告号为CN100590661C、名称为《开窗行为记数装置及其记数方法》的专利，就提供了一种能自动监测开窗行为（开窗状态）的记录装置。该专利的记录装置（计数装置）由室内人员在室情况检测电路、窗户开关状态检测电路、指示灯控制电路、实时时钟电路、通信电路、存储器和控制中心七大部分组成。其中，窗户开关状态检测电路中包括了检测窗户开关状态传感器，该检测窗户开关状态传感器由两块电路板和一块磁铁组成，每个电路板上都含有两个霍尔元件。仅从是否达到发明目的角度看，该专利的确达到了，也取得了相应效果，但是，该专利却存在对安装水平要求较高和可靠性较差之不足——该专利在其说明书中明确提到：磁铁直接用固体胶水分别粘贴在推拉玻璃窗的铝合金边框上，具体位置根据底架支座上的霍尔元件高度来定，一般磁铁的固定位置稍微高于霍尔元件0.5～1cm左右。距离太近在推拉窗户的时候容易触碰到霍尔元件，而破坏霍尔元件。反之，距离太远则霍尔元件和磁铁之间无法产生脉冲，从而无法正常的反映窗户的具体开关状态——这就是说，为实施该专利而安装霍尔元件和磁铁时，其安装人员必须十分小心，否则，要么会“破坏霍尔元件”、要么“无法正常的反映窗户的具体开关状态”；事实上，即便安装人员小心地进行了准确安装，人们从其说明书附图中的图4中可以清楚看出，使用者在开关推拉窗时仍然相当容易“触碰到霍尔元件”，自然就不可能避免出现“破坏霍尔元件”的问题；如果将其霍尔元件安装在除该专利所说的“推拉窗”之外的其他结构形式的窗户或门上，“触碰到霍尔元件”，进而“破坏霍尔元件”的可能性就更大了。另外，仅就霍尔元件本身而言，其价格并不贵，然而，在使用霍尔元件时却需要有电源供电；又由于霍尔元件的输出信号相当低，基本上都需要增加放大电路，也即还需要专门为霍尔元件配置电路（在该专利中是含霍尔元件的电路板）。这样一来，不但因采用了霍尔元件而增大了装置的成本，而且因需要引入电源和增加放大电路就又至少多了两处出可能出故障的部位，这样就又降低了整个记录（计数）装置的可靠性。

发明内容

本发明的目的是，提供一种对安装人员的要求较低、有较高可靠性，且成本低廉的门窗开启状态的记录装置。

实现所述目的之技术方案是这样一种门窗开启状态的记录装置，与现有技术相同的方面是，该装置由单片机最小系统、门窗开关状态检测器、实时时钟电路、数据存储电路、通信接口电路和电源管理电路组成；其中，数据存储电路和通信接口电路分别与单片机双向连接，电源管理电路、门窗开关状态检测器和实时时钟电路的输出端分别接入单片机。其改进之处是，门窗开关状态检测器是干簧管，并配有感应干簧管的磁铁；其中，门窗开关状态检测器接入单片机，是通过将干簧管与单片机的外部中断接口连接起来实现的。

进一步的改进是，所述单片机有三种工作模式，它们分别为掉电模式、空闲模式和工作模式。

从方案中可以看出，在本发明门窗开启状态的记录装置中，与磁铁配用的门窗开关状态检测器，完全相当于现有技术中的检测窗户开关状态传感器。但却因用了干簧管来替代现有技术中的霍尔元件，于是，省去了专为霍尔元件而设置的放大电路、也省去了为专为霍尔元件提供的电源（或电源线路）；由于干簧管的灵敏度高，对干簧管与感应磁铁之间的相互位置关系的要求也相对降低，故对安装工人的技术水平的要求也相对降低；由于干簧管体积小，仅控制电路的通断、且其本身并不需要电源供电和放大电路，于是，就可以将本发明门窗开启状态的记录装置中的其他组件均安装在一块电路板上，并将该电路板安装在门窗旁最不容易被触碰到的位置。这样一来，不但极大地提高了运行与安全方面的可靠性，而且还适合在多种结构形式的窗户上应用。

从进一步改进的方案中可以看出，由于本发明所用单片机有三种工作模式，当无开关门窗行为发生时，单片机处于空闲模式，一旦有开关行为动作发生时，外部开关中断触发单片机进入正常工作模式。两种模式交替使用，从而降低了装置的功耗。

简言之，本发明除保留下了现有技术能够能自动监测、记录开关门窗的状态，为人们采用相应节能措施提供比较准确的统计数据之外，还具备现有技术所不具备的对安装人员的要求较低、有较高可靠性，且成本低廉的优点，适合于在多种结构形式的窗户上运用。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1——本发明装置结构的结构框图；

图2——本发明中开关状态记录的流程图；

图3——本发明中门窗开关状态检测器的接线与磁感应状态示意图；

图4——本发明在推拉窗上的安装示意图；

图5——本发明在平开窗上的安装示意图；

图6——本发明在上悬窗上安装示意图；

图7——本发明在门上安装示意图。

具体实施方式

一种门窗开启状态的记录装置（参考图1），该装置由单片机最小系统、门窗开关状态检测器、实时时钟电路、数据存储电路、通信接口电路和电源管理电路组成；其中，数据存储电路和通信接口电路分别与单片机双向连接，电源管理电路、门窗开关状态检测器和实时时钟电路的输出端分别接入单片机。本发明中的门窗开关状态检测器是干簧管，并配有感应干簧管的磁铁；其中，门窗开关状态检测器接入单片机，是通过将干簧管与单片机的外部中断接口连接起来实现的。

进一步讲，其中的单片机有三种工作模式，分别是掉电模式、空闲模式和工作模式。

结合对前述有益效果的了解，本领域的技术人员依据上述具体实施方式的方案，已经能够理解，并实现本发明了。为让普通技术人员也能够理解与实现，在上述具体实施方式（以下简称“总述”）基础之上，下面将结合本发明在不同结构的窗户和门上的应用，作进一步举例。

图3是本发明中门窗开关状态检测器的接线与磁感应状态示意图，也是在以下各例中涉及干簧管接线的示意图。从图3中可以看出，除干簧管和作为本发明装置之电源的电池以外，单片机和其余电路均组装在一块电路板上为宜（因将这样的电路板安装在门窗旁最不容易被触碰到的位置，就相当容易，方便）。以下各例中的每一干簧管均通过导线连接在位于电路板中的单片机的外部中断接口处。在图3中标记11所示的，为所有各例均要连接的示关干簧管；用虚线绘制并标记为12的，为实施例1才有的示开干簧管（注：“示关”与“示开”分别为“显示窗、或门已关闭”和“显示窗、或门已打开”的缩写，将两个缩写加在不同“干簧管”前作定语，仅是为了便于区分）。图3中用虚线绘制的磁铁20，表示其远离了示关干簧管11后的状态。

实施例1（参考图4）：

本例是在前面总述基础上，在推拉窗（窗扇沿水平方向推拉而左右滑动开关的窗户）上应用的举例。在推拉窗上安装门窗开关状态检测器情况下，磁铁20为一块，该磁铁20安装在推拉窗的左或右推拉窗扇（31或32）的右边或左边（图4绘制出的是，磁铁20安装在右推拉窗扇32左边的情形）；干簧管有两支，分别为示关干簧管11和一个示开干簧管12，它们分别安装在另一推拉窗扇（32或31）的两边（图4绘制出的是，两支示关干簧管11安装在左推拉窗31两边的情形）；在左右推拉窗扇（31、32）均处于关窗位置的状态时，示关干簧管11内的舌簧将被所述磁铁20磁化；在左右推拉窗扇（31、32）移动到相互重叠的状态下，示开干簧管12内的舌簧将被所述磁铁20磁化。

鉴于本实施例1比以下各例多了一个示开干簧管12，也即在记录推拉窗的开关状态的过程中，要比以下各例多些监测、比较与判断过程，故，在此结合图2对本例推拉窗开关状态的记录过程作进一步介绍（注：因以下各例仅是少了示开干簧管12，相应记录过程也只是减少了与示开干簧管12相关的监测、比较与判断，所以，在以下各例中将省略其开关状态记录过程的进一步介绍）。 

图2是该装置的程序流程示意图。装置上电后，进行初始化。初始化程序主要对串口的波特率、外部中断的触发方式等进行设置，并打开相关中断。初始化完成后，进入空闲模式。如果接收到中断，进入工作模式。在工作模式中，对中断类型进行判断（该选型的单片机有四个外部中断接口，分别为外部中断0、1、2、3）。如果是外部中断0触发，说明此时窗户的状态是全关；如果是外部中断1或者3触发，说明此时窗户的状态是半开；如果是外部中断2触发，说明此时窗户的状态是全开。然后存储当前时间和窗户状态。如果是串口中断，通过串口模块，把存储芯片中存储的的数据读取并做相应处理。

在本实施例1中，当示关干簧管11中的舌簧被磁铁20磁化，外部中断0触发，此时通过单片机可判断出是全关状态；当开窗干簧管12中的舌簧被磁铁20磁化，外部中断2触发，此时通过单片机可判断出是全开状态；当窗户移动使磁铁20离开示关干簧管11时，外部中断1触发，此时通过单片机可判断出是半开状态；当窗户移动使磁铁20离开开窗干簧管12时，外部中断3触发，此时通过单片机可判断出是半开状态。显然，选用常开型干簧管时，舌簧闭合以给单片机传送导通信号；选用常闭型干簧管时，舌簧断开以给单片机传送断电信号。

特别说明：本领域的技术人员清楚，由于用到了磁铁，所以，本发明涉及推拉窗（也包括以下各例的窗和门），肯定不能是真正钢材所做的窗框，且在工程塑料或铝合金材料做成的窗框中，也应避开里面可能带有的铁质零件。这样，在推拉窗上安装磁铁20和干簧管时，均可如图4所示的那样安装在靠近窗框边的玻璃上，此时，特别注意磁铁20和示开、示关干簧管（11、12）处于同一水平线上即可。如果所选干簧管的灵敏度稍差，而须将磁铁和干簧管安放在推拉窗的窗框处时，则应选用较薄磁铁或采用在窗框的安装处挖洞的方式；干簧管的情况亦然——以保证不会影响窗户的正常推拉。

从实施例1可以看出，该装置安装在窗户上十分方便，可扩展性强，只需相应改变导线的长度就能将装置应用到各种宽度的窗户。显然，本实施例1同样适用于推拉门。

实施例2（参考图5）：

本例是在前面总述基础上，在平开窗（将铰链安装于窗户的某一侧面，向内或向外开启的窗户）上应用的举例。在平开窗上安装门窗开关状态检测器情况下，磁铁20有两块，它们分别安装在该平开窗的左右平开窗扇50的上部或下部，或者一个磁铁20安装在一扇平开窗扇50的上部，另一个磁铁20安装在另一扇平开窗扇50的下部；干簧管为两支示关干簧管11，它们安装在平开窗窗框上与这两个磁铁20分别对应的位置，且各平开窗扇50关闭时，该平开窗扇50上的磁铁20能够磁化对应示关干簧管11内的舌簧为准。

在本实施例2，两支示关干簧管11内的舌簧均被对应磁铁20所磁化时，表示该平开窗完全关闭；均未被磁化时，表示该平开窗完全打开；一个支示关干簧管11内的舌簧被对应磁铁20所磁化，而一个未被磁化时，表示该平开窗只打开了一半。

显然，本实施例2同样适用了双门扇的平开门。

实施例3（参考图6）：

本例是在前面总述基础上，在上悬窗（铰链安装于窗框窗扇的上侧面而向外开启的窗户）上应用的举例。在上悬窗上安装门窗开关状态检测器情况下，磁铁20为一块，该磁铁20安装在上悬窗扇60的下部或上悬窗扇60一侧的下部；干簧管为一支示关干簧管11，该示关干簧管11安装在上悬窗窗框上，且在上悬窗扇60关闭时，该上悬窗扇60上的磁铁20能够磁化该示关干簧管11内的舌簧为准。

在本实施例3中，示关干簧管11内的舌簧被对应磁铁20所磁化时，表示该上悬窗完全关闭；均未被磁化时，表示该上悬窗完全打开。

实施例4（参考图7）：

本例是在前面总述基础上，在门上应用的举例。在门上安装门窗开关状态检测器情况下，磁铁20为一块，该磁铁20安装在门扇70；干簧管为一支示关干簧管11，该示关干簧管11安装在门框71，两者的安装位置以关闭门后该磁铁20能够磁化示关干簧管11内的舌簧为准。

显然，本实施例4涉及门完全开启或关闭的判断，与实施例3的决断相同。

同样显然的是，本实施例4适用于单窗扇的平开窗。

本来，本发明涉及单片机的运用，早已是本领域的技术人员所熟知的，但为了让普通技术人员也能够实现本发明，下将结合具体元件的选用来作进一步披露。

单片机最小系统是该装置的核心部分，主要包括单片机、晶振电路、复位电路、程序下载口。单片机选用低功耗芯片STC89LE52RC。该芯片有三种工作模式，分别是掉电模式、空闲模式和工作模式，可以灵活应用，达到降低功耗的功效。同时该芯片有四路外部中断，功能强大。晶振选用11.0592MHz。单片机主要实现计录开关行为，并读取存储芯片数据，最终实现与电脑通信。

门窗开关状态检测器主要采用干簧管和磁铁组合方案，干簧管与单片机的外部中断口相连，利用磁铁对干簧管的导通特性，实现对单片机的开关中断，进而记录门窗开启状态。

实时时钟电路主要采用时钟芯片DS1302，晶振选用32.768k，配有电压为3V的备用纽扣电池，防止时钟芯片掉电。

数据存储电路主要采用存储芯片AT24C256，该芯片存储空间大小为256Kb，满足一般存储数据要求。当存储空间不足时，采用硬件擦除或者软件擦除方式清除空间内容继续使用。同时该芯片具有掉电保护功能，掉电后数据不丢失。存储数据包格式为：

标志位

月

日

时

分

状态

停止位

通信接口电路主要采用DB9串口读写模块，使用模块化方式，操作简单，读写方便，通过串口调试助手，一个读写模块就可以完成所有装置的数据读取。

电源管理电路主要负责整个装置的电源供给、稳压和欠电压保护。该装置采用电池供电，电池供给电压为4.7V，然后通过稳压芯片AMS1117-3.3将电压稳定到3.3V供给整个装置。当电池电压低于3.7V时，装置报警灯自动闪烁，提醒操作人员更换电池。

本发明的工作原理及过程是，当窗户没有发生改变时，单片机处于空闲模式，以达到节省耗电的目的。采用干簧管和磁铁组合方案，干簧管与单片机的外部中断口相连，利用磁铁对干簧管的导通特性，实现对单片机的开关中断。当有开关中断产生时，单片机立即恢复工作模式，记录开关状态，同时通过时钟电路实时记录开关状态发生改变的时间。所有记录将存储到存储芯片中。用串口模块与单片机相连接，此时产生串口读写中断，打开串口调试助手即可读取所记录数据。这些数据将为人员开窗/门行为模型提供重要依据。

Claims (6)

1.一种门窗开启状态的记录装置，该装置由单片机最小系统、门窗开关状态检测器、实时时钟电路、数据存储电路、通信接口电路和电源管理电路组成；其中，所述数据存储电路和通信接口电路分别与单片机双向连接，所述电源管理电路、门窗开关状态检测器和实时时钟电路的输出端分别接入单片机，其特征在于，所述门窗开关状态检测器是干簧管，并配有感应干簧管的磁铁；其中，所述门窗开关状态检测器接入单片机，是通过将干簧管与单片机的外部中断接口连接起来实现的。

2.根据权利要求1所述门窗开启状态的记录装置，其特征在于，所述单片机有三种工作模式，分别是掉电模式、空闲模式和工作模式。

3.根据权利要求1或2所述门窗开启状态的记录装置，其特征在于，在推拉窗上安装所述门窗开关状态检测器情况下，所述磁铁（20）为一块，该磁铁（20）安装在推拉窗的左或右推拉窗扇（31或32）的右边或左边；所述干簧管有两支，分别为示关干簧管（11）和一个示开干簧管（12），它们分别安装在另一推拉窗扇（32或31）的两边；在左右推拉窗扇（31、32）均处于关窗位置的状态时，所述示关干簧管（11）内的舌簧将被所述磁铁（20）磁化；在左右推拉窗扇（31、32）移动到相互重叠的状态下，所述示开干簧管（12）内的舌簧将被所述磁铁（20）磁化。

4.根据权利要求1或2所述门窗开启状态的记录装置，其特征在于，在平开窗上安装所述门窗开关状态检测器情况下，所述磁铁（20）有两块，它们分别安装在该平开窗的左右平开窗扇（50）的上部或下部，或者一个磁铁（20）安装在一扇平开窗扇（50）的上部，另一个磁铁（20）安装在另一扇平开窗扇（50）的下部；所述干簧管为两支示关干簧管（11），它们安装在平开窗窗框上与这两个磁铁（20）分别对应的位置，且各平开窗扇（50）关闭时，该平开窗扇（50）上的磁铁（20）能够磁化对应示关干簧管（11）内的舌簧为准。

5.根据权利要求1或2所述门窗开启状态的记录装置，其特征在于，在上悬窗上安装所述门窗开关状态检测器情况下，所述磁铁（20）为一块，该磁铁（20）安装在上悬窗扇（60）的下部或上悬窗扇（60）一侧的下部；所述干簧管为一支示关干簧管（11），该示关干簧管（11）安装在上悬窗窗框上，且在上悬窗扇（60）关闭时，该上悬窗扇（60）上的磁铁（20）能够磁化该示关干簧管（11）内的舌簧为准。

6.根据权利要求1或2所述门窗开启状态的记录装置，其特征在于，在门上安装所述门窗开关状态检测器情况下，所述磁铁（20）为一块，该磁铁（20）安装在门扇（70）；所述干簧管为一支示关干簧管（11），该示关干簧管（11）安装在门框（71），两者的安装位置以关闭门后该磁铁（20）能够磁化示关干簧管（11）内的舌簧为准。

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